c++编写断点续传和多线程下载模块【转】

在当今的网络时代,下载软件是使用最为频繁的软件之一。几年来,下载技术也在不停地发展。最原始的下载功能仅仅是个“下载”过程,即从WEB服务器上连续地读取文件。其最大的问题是,由于网络的不稳定性,一旦连接断开使得下载过程中断,就不得不全部从头再来一次。

  随后,“断点续传”的概念就出来了,顾名思义,就是如果下载中断,在重新建立连接后,跳过已经下载的部分,而只下载还没有下载的部分。

   无论“多线程下载”技术是否洪以容先生的发明,洪以容使得这项技术得到前所未有的关注是不争的事实。在“网络蚂蚁”软件流行开后,许多下载软件也都纷纷 效仿,是否具?quot;多线程下载"技术、甚至能支持多少个下载线程都成了人们评测下载软件的要素。"多线程下载"的基础是WEB服务器支持远程的随机 读取,也即支持"断点续传"。这样,在下载时可以把文件分成若干部分,每一部分创建一个下载线程进行下载。

  现在,不要说编写专门的下载 软件,在自己编写的软件中,加入下载功能有时也非常必要。如让自己的软件支持自动在线升级,或者在软件中自动下载新的数据进行数据更新,这都是很有用、而 且很实用的功能。本文的主题即怎样编写一个支持"断点续传"和"多线程"的下载模块。当然,下载的过程非常复杂,在一篇文章中难以全部阐明,所以,与下载 过程关系不直接的部分基本上都忽略了,如异常处理和网络错误处理等,敬请各位读者注意。我使用的开发环境是C++ Builder 5.0,使用其他开发环境或者编程语言的朋友请自行作适当修改。

  HTTP协议简介

  下载文件是电脑与WEB服务器交互的过程,它们交互的"语言"的专业名称是协议。传送文件的协议有多种,最常用的是HTTP(超文本传输协议)和FTP(文件传送协议),我采用的是HTTP。

HTTP协议最基本的命令只有三条:Get、Post和Head。Get从WEB服务器请求一个特定的对象,比如HTML页面或者一个文件,WEB 服务器通过一个Socket连接发送此对象作为响应;Head命令使服务器给出此对象的基本描述,比如对象的类型、大小和更新时间。Post命令用于向 WEB服务器发送数据,通常使把信息发送给一个单独的应用程序,经处理生成动态的结果返回给浏览器。下载即是通过Get命令实现。

  基本的下载过程

   编写下载程序,可以直接使用Socket函数,但是这要求开发人员理解、熟悉TCP/IP协议。为了简化Internet客户端软件的开 发,Windows提供了一套WinInet API,对常用的网络协议进行了封装,把开发Internet软件的门槛大大降低了。我们需要使用的WinInet API函数如图1所示,调用顺序基本上是从上到下,其具体的函数原型请参考MSDN。

  图1

  在使用这些函数时,必须严格区分它们使用的句柄。这些句柄的类型是一样的,都是HINTERNET,但是作用不同,这一点非常让人迷惑。按照这些句柄的产生顺序和调用关系,可以分为三个级别,下一级的句柄由上一级的句柄得到。

  InternetOpen是最先调用的函数,它返回的HINTERNET句柄级别最高,我习惯定义为hSession,即会话句柄。

  InternetConnect使用hSession句柄,返回的是http连接句柄,我把它定义为hConnect。

  HttpOpenRequest使用hConnect句柄,返回的句柄是http请求句柄,定义为hRequest。

  HttpSendRequest、HttpQueryInfo、InternetSetFilePointer和InternetReadFile都使用HttpOpenRequest返回的句柄,即hRequest。

  当这几个句柄不再使用是,应该用函数InternetCloseHandle把它关闭,以释放其占用的资源。

首先建立一个名为THttpGetThread、创建后自动挂起的线程模块,我希望线程在完成后自动销毁,所以在构造函数中设置:

  FreeOnTerminate = True; // 自动删除

  并增加以下成员变量:

char  Buffer[HTTPGET_BUFFER_MAX + 4 ];  //  数据缓冲区
AnsiString FURL;  //  下载对象的URL
AnsiString FOutFileName;  //  保存的路径和名称
HINTERNET FhSession;  //  会话句柄
HINTERNET FhConnect;  //  http连接句柄
HINTERNET FhRequest;  //  http请求句柄
bool  FSuccess;  //  下载是否成功
int  iFileHandle;  //  输出文件的句柄

 

 、建⒘?lt;/p>

  按照功能划分,下载过程可以分为4部分,即建立连接、读取待下载文件的信息并分析、下载文件和释 放占用的资源。建立连接的函数如下,其中ParseURL的作用是从下载URL地址中取得主机名称和下载的文件的WEB路 径,DoOnStatusText用于输出当前的状态:

 

 

// 初始化下载环境
void  THttpGetThread::StartHttpGet( void )
{
  AnsiString HostName,FileName;
  ParseURL(HostName, FileName);
  
try
  {
 
//  1.建立会话
    FhSession  =  InternetOpen( " http-get-demo " ,
 INTERNET_OPEN_TYPE_PRECONFIG,
 NULL,NULL,
 
0 );  //  同步方式
     if ( FhSession == NULL) throw (Exception( " Error:InterOpen " ));
 DoOnStatusText(
" ok:InterOpen " );
 
//  2.建立连接
    FhConnect = InternetConnect(FhSession,
 HostName.c_str(),
 INTERNET_DEFAULT_HTTP_PORT,
 NULL,NULL,
 INTERNET_SERVICE_HTTP, 
0 0 );
 
if (FhConnect == NULL) throw (Exception( " Error:InternetConnect " ));
 DoOnStatusText(
" ok:InternetConnect " );
 
//  3.初始化下载请求
     const   char   * FAcceptTypes  =   " */* " ;
 FhRequest 
=  HttpOpenRequest(FhConnect,
 
" GET " //  从服务器获取数据
       FileName.c_str(),  //  想读取的文件的名称
        " HTTP/1.1 " //  使用的协议
       NULL,
 
& FAcceptTypes,
 INTERNET_FLAG_RELOAD,
 
0 );
 
if ( FhRequest == NULL) throw (Exception( " Error:HttpOpenRequest " ));
 DoOnStatusText(
" ok:HttpOpenRequest " );
 
//  4.发送下载请求
    HttpSendRequest(FhRequest, NULL,  0 , NULL,  0 );
 DoOnStatusText(
" ok:HttpSendRequest " );
  }
catch (Exception  & exception)
  {
 EndHttpGet(); 
//  关闭连接,释放资源
    DoOnStatusText(exception.Message);
  }
}
//  从URL中提取主机名称和下载文件路径
void  THttpGetThread::ParseURL(AnsiString  & HostName,AnsiString  & FileName)
{
  AnsiString URL
= FURL;
  
int  i = URL.Pos( " http:// " );
  
if (i > 0 )
  {
 URL.Delete(
1 7 );
  }
  i
= URL.Pos( " / " );
  HostName 
=  URL.SubString( 1 , i - 1 );
  FileName 
=  URL.SubString(i, URL.Length());
}

 

     可以看到,程序按照图1中的顺序,依次调用InternetOpen、InternetConnect、HttpOpenRequest函数得到3个相关的句柄,然后通过HttpSendRequest函数把下载的请求发送给WEB服务器。

  InternetOpen的第一个参数是无关的,最后一个参数如果设置为INTERNET_FLAG_ASYNC,则将建立异步连接,这很有实际意义,考虑到本文的复杂程度,我没有采用。但是对于需要更高下载要求的读者,强烈建议采用异步方式。

  HttpOpenRequest打开一个请求句柄,命令是"GET",表示下载文件,使用的协议是"HTTP/1.1"。

  另外一个需要注意的地方是HttpOpenRequest的参数FAcceptTypes,表示可以打开的文件类型,我设置为"*/*"表示可以打开所有文件类型,可以根据实际需要改变它的值。

  2、读取待下载的文件的信息并分析

  在发送请求后,可以使用HttpQueryInfo函数获取文件的有关信息,或者取得服务器的信息以及服务器支持的相关操作。对于下载程序,最常用的是传递HTTP_QUERY_CONTENT_LENGTH参数取得文件的大小,即文件包含的字节数。模块如下所示:

//  取得待下载文件的大小
int  __fastcall THttpGetThread::GetWEBFileSize( void )
{
  
try
  {
 DWORD BufLen
= HTTPGET_BUFFER_MAX;
 DWORD dwIndex
= 0 ;
 
bool  RetQueryInfo = HttpQueryInfo(FhRequest,
 HTTP_QUERY_CONTENT_LENGTH,
 Buffer, 
& BufLen,
 
& dwIndex);
 
if ( RetQueryInfo == false throw (Exception( " Error:HttpQueryInfo " ));
 DoOnStatusText(
" ok:HttpQueryInfo " );
 
int  FileSize = StrToInt(Buffer);  //  文件大小
    DoOnGetFileSize(FileSize);
  }
catch (Exception  & exception)
  {
 DoOnStatusText(exception.Message);
  }
  
return  FileSize;
}

 

      模块中的DoOnGetFileSize是发出取得文件大小的事件。取得文件大小后,对于采用多线程的下载程序,可以按照这个值进行合适的文件分块,确定每个文件块的起点和大小。

  3、下载文件的模块

  开始下载前,还应该先安排好怎样保存下载结果。方法很多,我直接采用了C++ Builder提供的文件函数打开一个文件句柄。当然,也可以采用Windows本身的API,对于小文件,全部缓冲到内存中也可以考虑。

//  打开输出文件,以保存下载的数据
DWORD THttpGetThread::OpenOutFile( void )
{
  
try
  {
  
if (FileExists(FOutFileName))
 DeleteFile(FOutFileName);
  iFileHandle
= FileCreate(FOutFileName);
  
if (iFileHandle ==- 1 throw (Exception( " Error:FileCreate " ));
  DoOnStatusText(
" ok:CreateFile " );
  }
catch (Exception  & exception)
  {
 DoOnStatusText(exception.Message);
  }
  
return   0 ;
}
//  执行下载过程
void  THttpGetThread::DoHttpGet( void )
{
  DWORD dwCount
= OpenOutFile();
  
try
  {
 
//  发出开始下载事件
    DoOnStatusText( " StartGet:InternetReadFile " );
 
//  读取数据
    DWORD dwRequest;  //  请求下载的字节数
    DWORD dwRead;  //  实际读出的字节数
    dwRequest = HTTPGET_BUFFER_MAX;
 
while ( true )
 {
  Application
-> ProcessMessages();
  
bool  ReadReturn  =  InternetReadFile(FhRequest,
 (LPVOID)Buffer,
 dwRequest,
 
& dwRead);
  
if ( ! ReadReturn) break ;
  
if (dwRead == 0 ) break ;
  
//  保存数据
      Buffer[dwRead] = ' \0 ' ;
  FileWrite(iFileHandle, Buffer, dwRead);
  dwCount 
=  dwCount  +  dwRead;
  
//  发出下载进程事件
      DoOnProgress(dwCount);
 }
 Fsuccess
= true ;
  }
catch (Exception  & exception)
  {
 Fsuccess
= false ;
 DoOnStatusText(exception.Message);
  }
  FileClose(iFileHandle);
  DoOnStatusText(
" End:InternetReadFile " );
}

 下载过程并不复杂,与读取本地文件一样,执行一个简单的循环。当然,如此方便的编程还是得益于微软对网络协议的封装。

  4、释放占用的资源

  这个过程很简单,按照产生各个句柄的相反的顺序调用InternetCloseHandle函数即可。

void  THttpGetThread::EndHttpGet( void )
{
  
if (FConnected)
  {
 DoOnStatusText(
" Closing:InternetConnect " );
 
try
 {
  InternetCloseHandle(FhRequest);
  InternetCloseHandle(FhConnect);
  InternetCloseHandle(FhSession);
 }
catch (){}
 FhSession
= NULL;
 FhConnect
= NULL;
 FhRequest
= NULL;
 FConnected
= false ;
 DoOnStatusText(
" Closed:InternetConnect " );
  }
}

     我觉得,在释放句柄后,把变量设置为NULL是一种良好的编程习惯。在这个示例中,还出于如果下载失败,重新进行下载时需要再次利用这些句柄变量的考虑。

  5、功能模块的调用

  这些模块的调用可以安排在线程对象的Execute方法中,如下所示:

void  __fastcall THttpGetThread::Execute()
{
  FrepeatCount
= 5 ;
  
for ( int  i = 0 ;i < FRepeatCount;i ++ )
  {
 StartHttpGet();
 GetWEBFileSize();
 DoHttpGet();
 EndHttpGet();
 
if (FSuccess) break ;
  }
  
//  发出下载完成事件
    if (FSuccess)DoOnComplete();
  
else  DoOnError();
}

    这里执行了一个循环,即如果产生了错误自动重新进行下载,实际编程中,重复次数可以作为参数自行设置。

  实现断点续传功能

  在基本下载的代码上实现断点续传功能并不是很复杂,主要的问题有两点:

   1、 检查本地的下载信息,确定已经下载的字节数。所以应该对打开输出文件的函数作适当修改。我们可以建立一个辅助文件保存下载的信息,如已经下载的字节数等。 我处理得较为简单,先检查输出文件是否存在,如果存在,再得到其大小,并以此作为已经下载的部分。由于Windows没有直接取得文件大小的API,我编 写了GetFileSize函数用于取得文件大小。注意,与前面相同的代码被省略了。

DWORD THttpGetThread::OpenOutFile( void )
{
  ……
  
if (FileExists(FOutFileName))
  {
 DWORD dwCount
= GetFileSize(FOutFileName);
 
if (dwCount > 0 )
 {
  iFileHandle
= FileOpen(FOutFileName,fmOpenWrite);
  FileSeek(iFileHandle,
0 , 2 );  //  移动文件指针到末尾
       if (iFileHandle ==- 1 throw (Exception( " Error:FileCreate " ));
  DoOnStatusText(
" ok:OpenFile " );
  
return  dwCount;
 }
 DeleteFile(FOutFileName);
  }
  ……
}

 2、 在开始下载文件(即执行InternetReadFile函数)之前,先调整WEB上的文件指针。这就要求WEB服务器支持随机读取文件的操作,有些服务器对此作了限制,所以应该判断这种可能性。对DoHttpGet模块的修改如下,同样省略了相同的代码:

void  THttpGetThread::DoHttpGet( void )
{
  DWORD dwCount
= OpenOutFile();
  
if (dwCount > 0 //  调整文件指针
   {
 dwStart 
=  dwStart  +  dwCount;
 
if ( ! SetFilePointer())  //  服务器不支持操作
    {
  
//  清除输出文件
      FileSeek(iFileHandle, 0 , 0 );  //  移动文件指针到头部
    }
  }
  ……
}

 多线程下载

  要实现多线程下载,最主要的问题是下载线程的创建和管理,已经下载完成后文件的各个部分的准确合并,同时,下载线程也要作必要的修改。

  1、下载线程的修改

  为了适应多线程程序,我在下载线程加入如下成员变量:

  int FIndex; // 在线程数组中的索引

  DWORD dwStart; // 下载开始的位置

  DWORD dwTotal; // 需要下载的字节数

  DWORD FGetBytes; // 下载的总字节数

  并加入如下属性值:

__property AnsiString URL  =  { read = FURL, write = FURL };
__property AnsiString OutFileName 
=  { read = FOutFileName, write = FOutFileName};
__property 
bool  Successed  =  { read = FSuccess};
__property 
int  Index  =  { read = FIndex, write = FIndex};
__property DWORD StartPostion 
=  { read = dwStart, write = dwStart};
__property DWORD GetBytes 
=  { read = dwTotal, write = dwTotal};
__property TOnHttpCompelete OnComplete 
=  { read = FOnComplete, write = FOnComplete };

 同时,在下载过程DoHttpGet中增加如下处理,

void  THttpGetThread::DoHttpGet( void )
{
  ……
  
try
  {
 ……
 
while ( true )
 {
  Application
-> ProcessMessages();
  
//  修正需要下载的字节数,使得dwRequest + dwCount 
       if (dwTotal > 0 //  dwTotal=0表示下载到文件结束
      {
 
if (dwRequest + dwCount > dwTotal)
 dwRequest
= dwTotal - dwCount;
  }
  ……
  
if (dwTotal > 0 //  dwTotal <=0表示下载到文件结束
      {
 
if (dwCount >= dwTotal) break ;
  }
 }
  }
  ……
  
if (dwCount == dwTotal)FSuccess = true ;
}

 2、建立多线程下载组件

  我先建立了以TComponent为基类、名为THttpGetEx的组件模块,并增加以下成员变量:

//  内部变量

THttpGetThread 
** HttpThreads;  //  保存建立的线程

AnsiString 
* OutTmpFiles;  //  保存结果文件各个部分的临时文件

bool   * FSuccesss;  //  保存各个线程的下载结果

//  以下是属性变量

int  FHttpThreadCount;  //  使用的线程个数

AnsiString FURL;

AnsiString FOutFileName;

 各个变量的用途都如代码注释,其中的FSuccess的作用比较特别,下文会再加以详细解释。因为线程的运行具有不可逆性,而组件可能会连续地下载不同的 文件,所以下载线程只能动态创建,使用后随即销毁。创建线程的模块如下,其中GetSystemTemp函数取得系统的临时文件 夹,OnThreadComplete是线程下载完成后的事件,其代码在其后介绍:

//  分配资源
void  THttpGetEx::AssignResource( void )
{
  FSuccesss
= new   bool [FHttpThreadCount];
  
for ( int  i = 0 ;i < FHttpThreadCount;i ++ )
 FSuccesss[i]
= false ;
  OutTmpFiles 
=   new  AnsiString[FHttpThreadCount];
  AnsiString ShortName
= ExtractFileName(FOutFileName);
  AnsiString Path
= GetSystemTemp();
  
for ( int  i = 0 ;i < FHttpThreadCount;i ++ )
 OutTmpFiles[i]
= Path + ShortName + " - " + IntToStr(i) + " .hpt " ;
  HttpThreads 
=   new  THttpGetThread  * [FHttpThreadCount];
}
//  创建一个下载线程
THttpGetThread  *  THttpGetEx::CreateHttpThread( void )
{
  THttpGetThread 
* HttpThread = new  THttpGetThread( this );
  HttpThread
-> URL = FURL;
  …… 
//  初始化事件
   HttpThread -> OnComplete = OnThreadComplete;  //  线程下载完成事件
    return  HttpThread;
}
//  创建下载线程数组
void  THttpGetEx::CreateHttpThreads( void )
{
  AssignResource();
  
//  取得文件大小,以决定各个线程下载的起始位置
   THttpGetThread  * HttpThread = CreateHttpThread();
  HttpThreads[FHttpThreadCount
- 1 ] = HttpThread;
  
int  FileSize = HttpThread -> GetWEBFileSize();
  
//  把文件分成FHttpThreadCount块
    int  AvgSize = FileSize / FHttpThreadCount;
  
int   * Starts =   new   int [FHttpThreadCount];
  
int   * Bytes  =   new   int [FHttpThreadCount];
  
for ( int  i = 0 ;i < FHttpThreadCount;i ++ )
  {
 Starts[i]
= i * AvgSize;
 Bytes[i] 
= AvgSize;
  }
  
//  修正最后一块的大小
   Bytes[FHttpThreadCount - 1 ] = AvgSize + (FileSize - AvgSize * FHttpThreadCount);
  
//  检查服务器是否支持断点续传
   HttpThread -> StartPostion = Starts[FHttpThreadCount - 1 ];
  HttpThread
-> GetBytes = Bytes[FHttpThreadCount - 1 ];
  
bool  CanMulti = HttpThread -> SetFilePointer();
  
if (CanMulti == false //  不支持,直接下载
   {
 FHttpThreadCount
= 1 ;
 HttpThread
-> StartPostion = 0 ;
 HttpThread
-> GetBytes = FileSize;
 HttpThread
-> Index = 0 ;
 HttpThread
-> OutFileName = OutTmpFiles[ 0 ];
  }
else
  {
 HttpThread
-> OutFileName = OutTmpFiles[FHttpThreadCount - 1 ];
 HttpThread
-> Index = FHttpThreadCount - 1 ;
 
//  支持断点续传,建立多个线程
     for ( int  i = 0 ;i < FHttpThreadCount - 1 ;i ++ )
 {
  HttpThread
= CreateHttpThread();
  HttpThread
-> StartPostion = Starts[i];
  HttpThread
-> GetBytes = Bytes[i];
  HttpThread
-> OutFileName = OutTmpFiles[i];
  HttpThread
-> Index = i;
  HttpThreads[i]
= HttpThread;
 }
  }
  
//  删除临时变量
   delete Starts;
  delete Bytes;
}

 下载文件的下载的函数如下:

void  __fastcall THttpGetEx::DownLoadFile( void )
{
  CreateHttpThreads();
  THttpGetThread 
* HttpThread;
  
for ( int  i = 0 ;i < FHttpThreadCount;i ++ )
  {
 HttpThread
= HttpThreads[i];
 HttpThread
-> Resume();
  }
}

 线程下载完成后,会发出OnThreadComplete事件,在这个事件中判断是否所有下载线程都已经完成,如果是,则合并文件的各个部分。应该注意, 这里有一个线程同步的问题,否则几个线程同时产生这个事件时,会互相冲突,结果也会混乱。同步的方法很多,我的方法是创建线程互斥对象。

const   char   * MutexToThread = " http-get-thread-mutex " ;
void  __fastcall THttpGetEx::OnThreadComplete(TObject  * Sender,  int  Index)
{
  
//  创建互斥对象
   HANDLE hMutex =  CreateMutex(NULL,FALSE,MutexToThread);
  DWORD Err
= GetLastError();
  
if (Err == ERROR_ALREADY_EXISTS)  //  已经存在,等待
   {
 WaitForSingleObject(hMutex,INFINITE);
// 8000L);
    hMutex =  CreateMutex(NULL,FALSE,MutexToThread);
  }
  
//  当一个线程结束时,检查是否全部认为完成
   FSuccesss[Index] = true ;
  
bool  S = true ;
  
for ( int  i = 0 ;i < FHttpThreadCount;i ++ )
  {
 S 
=  S  &&  FSuccesss[i];
  }
  ReleaseMutex(hMutex);
  
if (S) //  下载完成,合并文件的各个部分
   {
 
//  1. 复制第一部分
    CopyFile(OutTmpFiles[ 0 ].c_str(),FOutFileName.c_str(), false );
 
//  添加其他部分
     int  hD = FileOpen(FOutFileName,fmOpenWrite);
 FileSeek(hD,
0 , 2 );  //  移动文件指针到末尾
     if (hD ==- 1 )
 {
  DoOnError();
  
return ;
 }
 
const   int  BufSize = 1024 * 4 ;
 
char  Buf[BufSize + 4 ];
 
int  Reads;
 
for ( int  i = 1 ;i < FHttpThreadCount;i ++ )
 {
  
int  hS = FileOpen(OutTmpFiles[i],fmOpenRead);
  
//  复制数据
      Reads = FileRead(hS,( void   * )Buf,BufSize);
  
while (Reads > 0 )
  {
 FileWrite(hD,(
void   * )Buf,Reads);
 Reads
= FileRead(hS,( void   * )Buf,BufSize);
  }
  FileClose(hS);
 }
 FileClose(hD);
  }
}

 结语

 到此,多线程下载的关键部分就介绍完了。但是在实际应用时,还有许多应该考虑的因素,如网络速度、断线等等都是必须 考虑的。当然还有一些细节上的考虑,但是限于篇幅,就难以一一写明了。如果读者朋友能够参照本文编写出自己满意的下载程序,我也就非常欣慰了。我也非常希 望读者能由此与我互相学习,共同进步。

 

 

 

 

 

 

 


 

 

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